Лекция 7-8 Биотехнологические методы в селекции растений. План
Скачать 39.43 Kb.
|
|
Лекция 7-8 Биотехнологические методы в селекции растений. План:
1. Основные селекционные задачи, решаемые с помощью методов биотехнологии. Биотехнологические методы в селекции растений стали применятся примерно с середины минувшего столетия, и значение их непрерывно возрастает, поскольку биотехнологии под силу задачи, которые традиционными методами решить невозможно или чрезвычайно трудно. Уже сейчас достигнуты впечатляющие результаты: миллионы гектаров в мире занимают ежегодно сортами и гибридами полученными с помощью биотехнологий. Отличительным признаком биотехнологических методов, используемых в селекции растений, является манипуляции in vitro. Все методы биотехнологии могут в той или степени могут быть использованы в практической работе как на отдельном ее этапе селекции, самостоятельно или комплектно в зависимости от задач и степени кооперации селекционеров или биотехнологов. 2 слайд - Основные селекционные задачи, решаемые с помощью методов биотехнологии следующие: -создание нового исходного материала для селекции; - снижение трудоемкости селекционных работ за счет уменьшения популяции для отбора; - ускорение селекционного процесса за счет быстрого получения гомозиготных генотипов после проведения скрещивания или получения самоопыленных линий при селекции гетерозисных гибридов; - повышение эффективности отбора ценных генотипов и постоянного контроля за наличием их в отбираемом селекционном материале. 2. Биотехнологические методы, применяющиеся в селекции растений. 3 слайд - Все биотехнологические методы, которые применяются в селекции растений, можно разделить на две группы: использование культуры клеток и тканей и генетическую (генную) инженерию. Существуют три вида культуры клеток и тканей: - каллусная культура; - культура клеток и агрегатов клеток; - культура протопластов. Они могут быть использованы по отдельности или составлять технологическую цепочку, располагаясь в той последовательности, в которой из одного вида получают другой. Применение культурны клеток и тканей в селекции растений основывается на фундаментальном положении о возможной способности любой клетки воспроизвести растительную форму, которой клетка принадлежит, со всеми ее генотипическими и фенотипическими особенностями. Получение культуры клеток и тканей чаще всего осуществляется через каллусную культуру. Технология получения этим способом и поддержания культуры клеток и тканей заключается в следующем. Эксплантант (фрагмент растительной ткани или органа, включающий различные ткани) помещают на искусственную питательную среду. Все операции проводят в стерильных условиях: эксплантант обеззараживают, а среду готовят в условиях, исключающих заражение. Для получения каллусной ткани эксплантант помещают на полутвердую питательную среду на основе агар-агар или других желирующих веществ. Культуры каллусной ткани представляют собой материал, который применяется в селекционной работе. 3. Генная инженерия и селекция растений. 4 слайд - Генная инженерия – целенаправленное изменение генетических программ клеток для придания исходным формам новых свойств или создания принципиально новых форм организмов. Осуществляется путем введения в клетку чужеродной генетической информации, гибридизации соматических клеток или другими приемами. 5 слайд - Генно-инженерная деятельность – деятельность ученых, специалистов, научных организаций и государственных органов, направленная на получение, испытание, транспортировку и использование генетически модифицированных организмов (ГМО) и полученных из них продуктов. 6 слайд - Главнейшая цель генно-инженерных манипуляций применительно к селекции заключается в перенос гена, отвечающего за какой-то важный хозяйственный признак, и обеспечение его экспрессии, из одного вида в другой (трансгенез), часто очень далекий и в систематическом отношении, например, из бактерии в высшее растение. Донором гена может быть, конечно, и относительно близкий вид, когда отдаленная гибридизация невозможна из-за явной несовместимости. 7 слайд - Трансгенез складывается из нескольких операций: - обособление переносимого гена; - клонирование его; - перенос гена в геном реципиента; - обеспечение его экспрессии; - получение растений – регенерантов с новым геном. Далее растения получают в селекционный процесс. 8 слайд - Успехи генной инженерии по созданию новых форм растений впечатляющие. В Мире десятки и сотни трансгенных сортов высеваются на сотнях миллионах гектарах. Препятствием к их распространению служат опасения, что они могут причинить вред при применении их в качестве кормов и продовольствия (при применении в технических целях подобных опасений нет). К сожалению, о том, кто прав: те, кто считает генетически модифицированные продукты безвредными, или те кто полагают, что можно ожидать негативных последствий от их употребления, можно будет судить лишь через большой промежуток времени и при условии больших статистических выборок. В любом случае должна присутствовать полная информация о наличии генетически изменой продукции в продуктах питания, чтобы каждый мог принимать решение об их употреблении самостоятельно. В ряде стран например в США, Канаде, генетически модифицированные продукты находят широкое применение. В России использование их запрещено, но проконтролировать использование этого закона достаточно сложно. 9 слайд - Достижения генетической инженерии – коммерческие сорта, которые возделываются на очень больших площадях. Однако, многие разработки так и не вышли из стадии эксперимента. Генная инженерия наибольших успехов достигла там, где требовалось небольшое изменение генома, чтобы добиться существенного изменения хозяйственно ценного признака носящего моногенный характер. Самое крупное достижение генной инженерии – получение трансгенных сортов, устойчивых к гербицидам. Посевы этих сортов составляют примерно 80 % от площади под всеми трансгенными сортами. Генетический механизм устойчивости к гербицидам, который удалось реализовать генно-инженерным путем, заключается либо в замене гена растения, который подвергается атаке гибрида, на ген, делающий эту атаку неэффективной, либо к введению гена, инактивирующего гербицид. 10 слайд - В настоящее время получены сорта и гибриды, устойчивые к гибридам у кукурузы, пшеницы, картофеля, хлопчатника, риса, сои, сахарной свеклы, томатов и других культур. 11 слайд – Созданы трансгенные сорта кукурузы, хлопчатника, риса, сои, картофеля, томата устойчивые к насекомым, вредителям занимающие около 400 тыс. га. Возможно, на второе место среди достижений генной инженерии следует поставить созданные трансгенные сорта, устойчивые к насекомым вредителям. Самый известный пример введение в растения бактериального гена, ответственного за образование дельта – токсина, вызывающего гибель насекомых семейства чешуекрылых, которому принадлежит большое число опасных вредителей с.-х. культур. 12 слайд - Методами генной инженерии решается и проблема повышения качества продукции растениеводства. Заметные успехи достигнуты в двух направлениях: повышения качества растительного масла и повышения качества белков эндосперма зерновых культур. В первом случае получили сорта рапса с низким содержанием эруковой кислоты. Во втором – добились увеличения содержания лизина в белке кукурузы и пшеницы. Известно, что белки семян зерновых злаков неполноценны по аминокислотному составу (за исключением овса). Ведутся работы и по повышению продуктивности растений, основанные на модификации фотосинтетического аппарата. Повышение устойчивости к абиотическим факторам (засуха, чрезмерно высокие или низкие температуры и т.д.) методами генной инженерии чрезвычайно сложна, поскольку защитные механизмы растений полигенны. Но реакции, проявляющиеся в момент стресса, не всегда имеют столь сложную природу, и тут возможно вмешательство на уровне отдельного гена. В частности показано, что во время засухи накапливаются низкомолекулярные вещества, например пролин. Бактериальные гены, отвечающие за биосинтез пролина, были введены в растения табака. Получены данные свидетельствующие о более высокой засухоустойчивости трансгенных растений. Ведутся и другие аналогичные исследования, но о получении стрессоустойчивости сортов методами генной инженерии говорить пока рано. 4. Использование трансгенных растений в решении проблем, стоящие перед человечеством.
/о Растения, устойчивые к насекомым-вредителям, позволят отказаться от использования инсектицидов, вредных для людей и окружающей среды.
Генные инженеры смогут уменьшить выработку и содержание естественных токсинов и других нежелательных веществ в растениях. Овощи и фрукты с замедленным созреванием можно будет с меньшими потерями перевозить на далекие расстояния. Растения-вакцины помогут предотвращать болезни. С помощью трансгенных растении можно будет производить лекарства. Сейчас трансгенные растения промышленно выращивают в США. Аргентине, Канаде, Австралии, Китае, Мексике, Испании, Франции, Южной Африке, Португалии, Румынии. Особенно важно использовать трансгенные растения в странах Азии и Африки, где наиболее велики потери урожая от сорняков, болезней и вредителей и в то же время больше всего не хватает продовольствия. Велико будущее трансгенных растений для России, где сельское хозяйство приходится вести в сложных климатических условиях, с применением удобрений и пестицидов. Используя меньше химических средств защиты растений, можно будет выращивать безопасные для здоровья продукты. Технология создания трансгенных растений будет использоваться в нашей стране наряду с традиционными методами селекции.
Современная селекция растений, история которых насчитывает более 10 тыс. лет, впитала в себя не только эмпирический опыт многих поколений безымянных селекционеров, но достижения в области синтетической теории эволюции, физиологии, биохимии, цитогенетики, экологии, фитоценологии и других фундаментальных наук. Именно синтетическая направленность в развитии селекции как науки позволила ей успешно преодолеть многочисленные «вызовы» XX столетия (демографический «взрыв», эпифитотии, наращивание техногенных средств интенсификации, освоение неблагоприятных и даже экстремальных территорий и пр. ), обеспечив практически непрерывно повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Бесспорно с появлением методов генетической инженерии возможности человека в «управлении формообразовательным процессом» необычно возросли. Однако вес исторический опыт развития адаптивной системы селекции, а также особенности методов самой геной инженерии свидетельствуют о том, что единственная возможность эффективного использования последней лежит на пути интеграции соответствующих методов и подходов. Необходимость таковой вытекает не только из ограниченных возможностей самой генной инженерии, но и основополагающей роли громадной функционирующей сети и инфраструктуры селекционных центров в обеспечении эффективной системы сортосмены, сортообновления и семеноводства. Вместе с тем как и любое другое крупномасштабное новшество, генетическая инженерия наряду с достижениями несет с собой и опасности. В этом случае уместно вспомнить слова французского социолога П. Бурдье: «Производство активно развивается и становится эффективным только в том случае, когда оно с самого начала внушает веру в ценность того, что собирается производить». В то же время среди широких возможностей генной инженерии можно и нужно выделить как заведомо положительные 1спекты, так и те, практическая реализация которых преждевременна и даже опасна. 15 слайд - Бесспорно генная инженерия позволяет значительно расширить сферу поиска генетических доноров хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков, причем не только среди высших растении, но и всего биологического разнообразия, включая микроорганизмы и пр. Это особенно важно для тех видов культивируемых растений, имеющийся генофонд которых беден или не имеет необходимых гендоноров. Однако генетическая, инженерия в корне меняет возможности человека в управлении формообразовательных процессов живых организмов, делая их практически беспредельными, причем не только в целях добра, но и зла. Очевидно, что проблемы широкого распространения генетически модифицированных растений требуют теоретического осмысления разработки соответствующих методов и критериев , интеграции с другими областями знаний и, наконец, выбора оптимальных возможностей широкого распространения конечного продукта.
Современная биотехнология охватывает широкий круг методов, отраслей, объектов производства и задач, объединенных в несколько крупнейших блоков и направлений. Среди них на первое место в стратегическом плане выходит генетическая инженерия, главной целью которой является создание генетически модифицированных (трансформированных) биологических объектов - растений, животных и микроорганизмов - с ценными заданными признаками и свойствами, позволяющими значительно биологизировать и интенсифицировать производственные процессы, повысить продуктивность и устойчивость трансгенных организмов и из сообществ к стрессовым факторам среды. 16 слайд - Применительно к сельскохозяйственной биотехнологии и проблематике с помощью методов генетической инженерии может и должна быть решена задача по созданию исходных принципиально новых и улучшенных генотип растений и животных с комплексной устойчивостью к наиболее опасным патогенам и другим вредным организмам, к абиотически стрессовым факторам среды. В Микробиологии развитие генно-инженерных исследований пошло по создания высокоэффективных штаммов азотфиксирующих ризобиальных и ассоциативных форм микрооганизмов, а также получения новейших биопрепаратов для защиты растений от вредителей и болезней. 17 слайд - Использование ценных генотипов растений в селекции и семеноводстве животных в племенной работе позволяет создавать новые поколения сортовых ресурсов, пород и линий животных, обогащать биологическое разнообразие растительного и животного мира в целом. Включение в пищу людей продукции, полученной из трансгенных растений и животных вызвало большое беспокойство и тревогу у многих людей в мире. Неспециалистами высказываются серьезные опасения о том, что введение в организм человека с пищей трансгенного происхождения чужеродных генов может привести к включению этих генов в его геном, что, по их мнению, чревато непредсказуемыми последствиями. Активную и практически ничем не обоснованную компанию против создания и использования в пищу человека продукции, полученной из трансгенных растений и животных, интенсивно ведут во всем мире, в том числе и в России, различные средства массовой информации. Почему-то российские журналисты проявляют наибольшую обеспокоенность, хотя в нашей стране ни на полях, ни на животноводческих фермах пока нет ни одного сорта, ни одного трансгенного растения животного. Работа по их получению ведется в нескольких научных институтах и лабораториях РАН, РАСХН и РАМН, Минздрава, Минсельхоза и других министерствах и ведомствах страны при строгом соблюдении всех мер предосторожности, предусмотренных федеральным законом «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности», принятом в 1996 году. Исходя из сложившихся тенденций в развитии биологической и других наук в конце XX века и возникших на стыке веков новых острейших проблем, вполне обосновано можно предположить, что в XXI веке на первое место наряду с дальнейшим изучением физики ядра выйдет проблема глубокого изучения биологического ядра клетки. Однако, для достижения крупных результатов в генной инженерии, клеточной биотехнологии и гормональной регуляции роста необходимо расширить масштабы этих работ до пределов, определяющих научную, практическую значимость и эффективность решения важных экономических задач государства. Во многих странах мира, в том числе в России, созданы и успешно действуют научно-производственные центры, фирмы и объединения по выращиванию безвирусного посадочного материала картофеля, винограда, плодовых и других культур, по быстрому и массовому размножению особо ценных видов, сортов, гибридов и линий растений, ускоренному формированию стад животных с высокой продуктивностью и устойчивостью к болезням. 18 слайд - Введенный в растение ген - это участок ДНК, а его продукт - белок. В желудочно-кишечном тракте нуклеиновые кислоты расщепляются на обычные нуклеотиды а белки - на аминокислоты, которые не могут представлять никакой опасности. 19 слайд - Продукция (услуги), полученная с применением методов генно- инженерной деятельности, должна соответствовать требованиям экологической безопасности, санитарных норм, фармакопеных статей, обязательным требованиям государственных стандартов Российской Федерации (Федеральный закон «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности», ст. 11) 20 слайд - Во всех странах, где уже выращивают трансгенные растения или только планируют это сделать, созданы комиссии для их проверки и регистрации. В России регистрацию трансгенных растений координирует Межведомственная комиссия по проблемам генно-инженерной деятельности, созданная Правительством РФ в 1997 году. Деятельность в области биотехнологий, в том числе со здание трансгенных растений, регулируют более 150 законов, постановлений и нормативных актов. Испытания генетически измененных растений на биобезопасность проводят специалисты из Института фитопатологии РАСХН, Института биологической защиты растений РАСХН, Центра биоинженерии РАН. Они изучают участки, встроенные в геном растения; проверяют, не сможет ли введенный ген переноситься в другие организмы и будет ли передаваться потомкам растения; смотрят, не влияет ли новый ген на поражаемость растения болезнями и вредителями; не влияет ли трансгенное растение на почвенную микрофлору и другие составляющие биоценоза. 21 слайд - Необходимый этап испытаний - санитарно-гигиеническая экспертиза. Ее проводят специалисты Института питания РАМН, Университета прикладной биотехнологии и Центра биоинжемерии РАН. Они проверяют:
Для того что бы трансгенное растение появилось на полях нашей страны, Государственная комиссия по охране и испытаниям селекционных достижений заносит его в государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации. Каталог: company -> personal -> user user -> Разработка научно-обоснованных рекомендаций по профилактике заболеваний молочной железы и репродуктивных органов крупного рогатого скота молочных пород при беспривязной системе содержания животных user -> «Введение. Как возникла биологическая наука» user -> Лекция №4. «Инфекционные и инвазионные болезни глаза». План лекции: Риккетсиозный кератоконъюнктивит user -> Тема №5. Инфекционные и инвазионные болезни глаза user -> Применения и возделывания лекарственных растений Термины и определения, основы фармокогнозии user -> Тема Основы здорового образа жизни студента. Физическая культура в обеспечении здоровья user -> Лекция №1. Актинобациллез животных. (Псевдоактинобациллез, лигниереллез) user -> Рабочая программа учебной дисциплины эпизоотология и инфекционные болезни наименование дисциплины user -> Вопросы: Каковы основные задачи эпизоотологии? user -> Вопросы к зачету по дисциплине Основы рационального питания Скачать 39.43 Kb. Поделитесь с Вашими друзьями:
|